リチウムイオン二次電池セパレータの各種評価

2012年09月24日更新

概要
試料
分析・試験方法
分析・試験結果
関連情報

概要

　携帯電話用リチウムイオン二次電池（LiB）からセパレータを取り出し、機器分析により様々な評価を行いました。

試料

　セパレータ3種（A，B，C）

分析・試験方法

材質分析	：	フーリエ変換赤外分光光度計（FT-IR）による
融解測定	：	示差走査熱量計（DSC）による
負荷・除荷試験	：	微小圧縮試験機による
細孔分布測定	：	水銀圧入法による

図1　Liイオン二次電池（LiB）の概略構造

分析・試験結果

■材質分析

　FT-IRにより材質分析を行いました。その結果、いずれの試料も主成分はポリエチレンで、試料Cにはポリプロピレンに特有のピークが確認されました。

図2　赤外吸収スペクトル

■融解測定

　DSCにより熱特性を調べました。その結果、いずれの試料も、100～150℃にかけて融解による吸熱ピークが検出され、融解温度よりポリエチレンと推定されました。
　試料Cは、160℃付近に微小な吸熱ピークが観察され、ポリプロピレンも存在すると推測されます。
　また、結晶化度は融解熱量に比例するため、結晶化度は、B，C＞Aと考えられます。

図3　DSC曲線

■負荷・除荷試験

　LiB内では、電極材粒子がセパレータ表面に押し付けられることにより、局所的に力が加わることが考えられます。
　ここでは、一定の試験力による負荷・除荷試験により、セパレータ表面の微小部の機械的特性を測定しました。
　試料をガラス板に貼り付けて固定し、最大試験力を49mNに設定し、負荷・除荷試験を行いました。
　その結果、図4に示すように、いずれの試料も異なるパターンを示し、圧縮率は、B＞A＞C、復元率は、A＞B＞Cの順となりました。

図4　試験力-変位グラフ

表1　試験結果

	厚さ [μm]	圧縮量 [μm]	復元量 [μm]	圧縮率 [％]	復元率 [％]
A	25	4.0	1.6	15.9	6.3
B	25	6.2	1.3	24.7	5.1
C	25	3.1	1.0	12.5	3.9

圧縮率（％）＝（圧縮量）÷（厚さ）×100
復元率（％）＝（復元量）÷（厚さ）×100

	A	B	C
表1　試験結果
厚さ [μm]	25	25	25
圧縮量 [μm]	4.0	6.2	3.1
復元量 [μm]	1.6	1.3	1.0
圧縮率 [％]	15.9	24.7	12.5
復元率 [％]	6.3	5.1	3.9
圧縮率（％）＝（圧縮量）÷（厚さ）×100 復元率（％）＝（復元量）÷（厚さ）×100

■細孔分布測定

　細孔径は、電極材粒子がセパレータを通り抜けて移動しないようなサイズである必要があります。
　水銀圧入法により、細孔分布測定を行いました。
　その結果、いずれの試料も異なる分布を示し、細孔径は、Ｂ＞Ａ＞Ｃの順となりました。

図5　細孔分布